精密加工において、金属の性能と反応を変える方法はたくさんあります。 その1つが熱処理である。 熱処理は、材料をより加工しやすくするために事前に部品に適用することも、最終的な硬化と加熱の段階の前に部品を加工することもできます。 熱処理は、強度、硬度、靭性、加工性、成形性、延性、弾性など、金属の様々な側面に影響を与える。 また、金属の物理的・機械的特性に影響を与え、その金属の用途を変えたり、その金属に対する将来の作業を変更したりすることもできます。 ここでは、熱処理の種類と、これらが精密加工中の部品に与える影響について詳しく見ていきます。
HARDENING
金属を硬くする熱処理では、金属中の元素が溶液となる温度まで加熱されます。 これを行う前に、金属の結晶格子構造の欠陥が「ゆらぎ」や可塑性の主な原因となっている。 熱処理は、金属を強化するために微粒子で信頼性の高い溶液にすることで、それらの欠陥に対処する。
析出硬化では、不純物粒子を金属合金に加え、さらに強度を高めます。
表面硬化
表面硬化のプロセスでは、金属の外層は硬化し、内部の金属は柔らかいままである。 鉄や鋼のような炭素含有量の少ない金属では、表面にさらに炭素を注入する必要がある。 機械加工後の最終工程として行われることが多い。 高熱と他の元素や化学物質を組み合わせて、外層を硬化させる。
ANNEALING
焼きなましは、アルミニウム、銅、鋼、銀、真鍮などの金属を特定の温度に加熱し、その温度でしばらく保持して変形を起こした後、空冷する熱処理方法です。 この処理により、金属の延性を高め、硬度を下げて加工しやすい状態にする。 銅、銀、真鍮は急冷も徐冷もできるが、鉄などの鉄系金属は焼きなましを行うために常に徐冷する必要がある。
NORMALIZING
Normalizing は鋼の焼きなまし工程で、焼きなましより150～200°F高く加熱し、変態が起こるまで臨界温度で十分長く保持するものである。 この方法で処理された鋼材は空冷する必要がある。 焼ならしで熱処理するとオーステナイト粒が小さくなり、空冷するとより微細なフェライト粒ができる。 この処理により、鋼の切削性、延性、強度が向上する。
TEMPERING
焼戻しは、鋼のような鉄系合金の弾力性を高めるために用いられる熱処理方法である。 鉄系金属は非常に硬いが、もろいためほとんどの用途に使えないことが多い。 焼き戻しは金属の硬度、延性、強度を変化させることができ、通常、機械加工がしやすくなる。 温度が低いと硬度を維持したまま脆性が低下するため、金属は臨界点以下の温度まで加熱される。 硬度と強度を低くして塑性を大きくするには、より高い温度が必要です。
もう一つの選択肢は、硬化処理された材料を購入するか、機械加工前に材料を硬化させることです。 この場合、加工は難しくなりますが、加工後の熱処理と異なり、部品サイズが変化するリスクを排除することができます。 また、厳しい仕上げや公差を得るために研磨工場が不要になることもあります。
INVERSE SOLUTIONS, INC.
熱処理は、金属を加工し、必要な性能を確保するための精密機械加工プロセスの重要な部分となります。
